永磁同步電機控制技術研究

嚴其艷　劉勇求

摘 要：永磁同步電機能夠有效地應用于高精度與高效率的工業場合。永磁同步電機需要進行調試，以使其在系統的修改上能夠達到最合理化的要求。對同步電機伺服系統控制方案進行分析研究，使其控制標準能夠達到一個較好的控制范圍以內。這對伺服系統的發展與同步電機的操作都是有重要意義的。希望本文的研究能夠在實際應用中能夠發揮到作用，同時本文也對永磁同步電機伺服系統中存在的問題做出了分析。

關鍵詞：永磁同步電機；仿真；PMSM；伺服控制

0 引言

由于目前工業化的需求，伺服系統可以應用于大型工業強電型設備當中。伺服系統作為自動控制系統的重要部分之一，對控制性較強的系統控制操作模式具有重要的使用意義。由于對PMSM電機伺服系統研究的深入，對電機數字建模以及快速發展的生產方向有了更加清醒的認識，使得永磁同步電機在20世紀80年代之后的發展更加快速。在未來的工業化應用領域中，使用永磁同步電機伺服系統來進行大工業化的操作，將會對以后的高精度與快速化發展要求產生重要的影響。

1 永磁同步電機控制方案

1.1 工作原理及內部結構分析

永磁同步電機主要分為定子與轉子兩部分。定子的主要作用是產生空間旋轉磁場，轉子的主要作用是通過定子產生的磁場，進而產生勵磁磁場。定子的主要結構與材料是硅鋼片、三相對稱繞組與端蓋，其主要固定在電動機的外殼上。轉子主要由永磁鐵、磁軛與鐵心軸承等3部分組成。當永磁同步電機工作的時候，使轉子產生磁動力，同時與定子產生的三相電流組合而成為電樞磁動力，這就是電樞反應。為了使轉子在氣隙中產生的磁動力有不同，在轉子磁鋼發展的過程中，將其作為拋物線狀，可以極大地減少電樞的反應。

1.2 矢量控制

矢量控制就是通過對永磁同步電機的使用，使得在矢量控制的結構之下，能夠對操作的模型與使用的效率有所提高，這一原理最早由德國物理學家發現。其原理是通過將旋轉空間矢量作為參考坐標，使得定子電流勵磁風量與電流轉矩分量能夠被合理地控制，這樣做能夠使電流在轉換的過程中，有更加穩定的特性，并且在使用的過程中，能夠轉換出更加穩定的電流用以生產。在永磁同步電機的操作過程中，電機通入定子的三相交流電，使得三相交流電轉變為穩定直流電同時與轉子磁場進行耦合穩定電流，這一步驟能夠使電機產生電磁力矩，從而帶動同步電機的轉動。與直流電機相比，永磁同步電機在控制上更為復雜，因此在實際使用過程中，通過使id=id*，iq=iq*，就可以實現矢量控制。在電流控制方面，針對較高工業需求的大功率設備，在實際使用中功率因素等于1的時候，其容量能夠得到充分的應用與控制。

電流控制作為永磁同步電機的主要控制方式，能夠在不同的坐標分量與體系中，對電流進行轉換。在交軸分量上面，能夠保證定子磁動勢與轉子磁動勢的相互組合，進而很好地結合系統控制系統內的電流，同時這也能夠很好的融合控制系統。在輸出轉矩、速度、位置與加速度上數控伺服系統需要在控制系統上加以優化。其常用的有PID控制、反饋線性化控制系統等等類型，其中得到廣泛應用的要屬PID控制系統，其由于魯棒性好與算法簡單，使之能夠在算法中得到更好的應用，并發揮更多的優勢，使得現代化的建模結構融入控制系統中。

2 永磁同步電機操作分析

2.1 系統硬件調試

對系統硬件的調試要保證在實際的生產需要中，保證系統主電路控制的合理性，同時注意光電耦合器隔離及電平轉換電路的控制方式與控制系統。要檢測反饋電路的位置，并對電流進行采樣，使得硬件的設置能夠讓電流的轉換達到標準，同時也促進電路的設置能夠使電流在合理的范圍內得到控制。實際使用中，對硬件的測試將能夠使其相關的控件的測試范圍更加合理。在對系統硬件調試的同時還要注意在可以控制的范圍內，通過系統化軟件設計模型的方式，讓硬件系統能夠被合理的控制與設計。這在實際研究中，需要更多的操作與應用分析，因此要滿足實際的需要，就必須通過對技術的改進，以提高生產的質量，永磁同步電機的硬件設置的合理化偏向，必須在完善同步電機的硬件設置上，對實際的操作有更多的控制性需要。對系統的工作原理與系統回路的控制與分析，將會對永磁同步電機的原始設計產生更加重要的作用。

2.2 結果分析

對以上控件的模擬測試，可以看出在單片機在通過電流，生成六路PWM波時，在光電耦合器的轉移過程中，使得電平轉換電路的結合能夠有效地控制模塊，用示波器來觀察，IPM模塊能夠被安全有效的控制。在正常的電流下，這可以被調控，同時也能夠有效控制電路。IPM模塊在三相機的發展與轉換上，能夠保證電機的正常轉移，在輸出波形為正弦波的情況下。如果在測試中有結果不準確的，建議進行調試以解決問題。

3 結束語

本文主要通過探討永磁同步電機伺服系統在目前階段的應用情況及其內部的構造，通過對系統的工作原理、系統控制回路以及相關方面的操作進行分析，希望能夠很好地對永磁同步電機的系統構成進行一定的操作處理。

參考文獻

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[2]馮靜.永磁同步電機伺服系統設計[D].北京印刷學院，2012.

[3]劉宇飛.交流永磁同步電機伺服系統設計[D].電子科技大學，2009.

（作者單位：廣東科技學院）